Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Chemistry
Click here for the English version

Chemistry

Твердый этап 11C-метилирование, очищение и формулирование для производства ПЭТ-трассаторов

Published: October 24, 2019 doi: 10.3791/60237
Automatic Translation
*1, *1, 1, 1, 1, 1,2
1McConnell Brain Imaging Centre, Montreal Neurological Institute, McGill University, 2Department of Neurology and Neurosurgery, McGill University
* These authors contributed equally

Summary

Мы сообщаем об эффективном методе радиомаркировки углерода-11 для производства клинически значимых трассаторов для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ) с использованием твердой фазовой картриджи. 11 Год C-метилалинг агент проходит через картридж, предварительно загруженный с предшественником и последовательной elution с aqueous этанол обеспечивает химически и радиохимически чистых ПЭТ трассаторов в высоких радиохимических урожаев.

Abstract

Регулярное производство радиочастот, используемых в позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ), в основном зависит от влажной химии, где радиоактивный синтион реагирует с нерадиоактивным предшественником в растворе. Такой подход требует очищения трассировщика высокой производительностью жидкой хроматографии (HPLC), с последующим переформулированием в биосовместимый растворитель для человеческого управления. Недавно мы разработали новый подход 11C-метилирования для высокоэффективного синтеза углерода-11 помечены ПЭТ радиофармацевтических препаратов, пользуясь твердых картриджей фазы как одноразовые "3-в-1" единиц для синтеза, очистки и переформулирование трассировок. Такой подход устраняет использование подготовительного HPLC и уменьшает потери трассировщика в линиях передачи и из-за радиоактивного распада. Кроме того, технология на основе картриджа повышает надежность синтеза, упрощает процесс автоматизации и облегчает соблюдение требований надлежащей производственной практики (GMP). Здесь мы демонстрируем эту технику на примере производства ПЭТ-трекера Pittsburgh соединения B(No 11C'PiB), золотого стандарта in vivo image einio image einiloid plaques in the human brains.

Introduction

Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) - это молекулярная методика визуализации, которая опирается на обнаружение радиоактивного распада изотопов, прикрепленного к биологически активной молекуле, чтобы обеспечить визуализацию биохимических процессов, сигналов и преобразований in vivo . Углерод-11 (т1'2 и 20,3 мин) является одним из наиболее часто используемых радиоизотопов в ПЭТ из-за его изобилия в органических молекул и короткий период полураспада, который позволяет для нескольких контрольных администраций в тот же день к тому же человеку или животному вопросу и снижает радиационную нагрузку на пациентов. Многие трассы помечены с этим изотопом используются в клинических исследованиях и в фундаментальных исследованиях здоровья для in vivo ПЭТ-изображения классических и возникающих биологически значимых целей -11C raclopride для D2/D3 рецепторов,No 11C PiB для амилоидных бляшек,No 11C'PBR28 для белка транслокатора - назвать лишь некоторые из них.

Углерод-11 помечены ПЭТ трассаторы в основном производятся через 11C-метилирования нерадиоактивных прекурсоров, содержащих -OH (алкоголь, фенол и карбоксиловая кислота), -NH (амина и амида) или -SH (тиол) групп. Короче говоря, изотоп генерируется в газовой цели циклотрона через 14N (p, )11C ядерной реакции в химической формеNo 11C'CO2. Последний затем преобразуется в11Сметилйййййййййййййййййййд(No 11C'CH3I) либо с помощью влажной химии (сокращение до11C'CH3OH с LiAlH4, за которым следует закалка с HI)1 или сухой химия (каталитическое снижение до11C'CH4 с последующим радикальным йодинацией с молекулярным I2)2. 11С. CH3Я могу затем быть преобразованы в более реактивные 11C-метил трифлат (No11C CH3OTf), передавая его над серебряной колонкойтрифла3. 11C-метилирование затем выполняется либо восходящей радиоактивный газ в раствор нерадиоактивного предшественника в органическом растворителе или через более элегантный плен растворителя "петля" метод4,5. 11C-tracer затем очищается с помощью HPLC, переформулируется в биосовместимый растворитель, и прошел через стерильный фильтр, прежде чем вводиться к людям. Все эти манипуляции должны быть быстрыми и надежными, учитывая короткий период полураспада углерода-11. Однако использование системы HPLC значительно увеличивает потери трассировщика и время производства, часто требует использования токсичных растворителей, усложняет автоматизацию и иногда приводит к неудачным синтезам. Кроме того, необходимая очистка реакторов и колонны HPLC продлевает задержки между синтезами последующих трассиковых партий и увеличивает подверженность персонала радиации.

Радиохимия фтора-18 (т1'2 и 109,7 мин), другие широко используемые ПЭТ изотоп, недавно была выдвинута через развитие кассетных комплектов, которые излечиваются необходимость очистки HPLC. Используя картриджи из твердой фазы (SPE), эти полностью одноразовые комплекты позволяют надежное рутинное производство 18F-трассеров, в том числе18F-FDG,No 18F'FMISO,No 18F'FMC и др., с более коротким синтезом сокращение участия персонала и минимальное техническое обслуживание оборудования. Одной из причин, по которой углерод-11 остается менее популярным изотопом в ПЭТ-изображении, является отсутствие аналогичных комплектов для обычного производства 11C-трассеров. Их разработка позволит значительно повысить синтетическую надежность, повысить радиохимические урожаи и упростить автоматизацию и профилактическое обслуживание производственных модулей.

Имеющиеся в настоящее время производственные комплекты используют недорогие одноразовые картриджи SPE вместо столбцов HPLC для отделения радиотрактора от неотреагированных радиоактивных изотопов, прекурсоров и других радиоактивных и нерадиоактивных побочных продуктов. В идеале реакция радиомаркировки также происходит на том же картридже; Например, фторметилирование диметиламиноэтана с газообразным газомNo 18F'CH2BrF при производстве пэт-трекера длявизуализации рака простаты 6. Хотя аналогичные процедуры для радиомаркировки нескольких 11C-трассировочных веществ на картриджах были зарегистрированы7,8 и стал особенно мощным для радиосинтезаNo 11C'choline9 и11C'methionine10, эти примеры остаются ограниченными онкологических ПЭТ трассаторов, где отделение от предшественника часто не требуется. Недавно мы сообщили о разработке«11комплектов» для производства11C'CH3I11 и последующего 11C-метилирования, а также твердого фазово-поддерживаемого синтеза12 в наших усилиях по упростить рутинное производство 11C-трассировок. Здесь мы хотим продемонстрировать наш прогресс на примере твердой фазы, поддерживаемой радиосинтезомNo 11C'PiB, радиотрейстом для изображения АЗ, который произвел революцию в области визуализации болезни Альцгеймера (АД), когда она была впервые разработана в 2003 году ( Рисунок 1) 13,14. В этом методе, летучиеNo 11C CH3OTf (bp 100 кв. C) передается через 6-OH-BTA-0 прекурсор на хранение на мели с одноразовым картриджом. ПЭТ-трассировщик No11C'PiB затем отделяется от прекурсора и радиоактивных примесей путем выяснения картриджа с биосовместимым aqueous этанолом. Кроме того, мы автоматизировали этот метод радиосинтеза No11C'PiB с помощью дистанционно управляемого модуля синтеза радиохимии и одноразовых кассетных комплектов. В частности, мы реализовали этот радиосинтез на 20-клапанном радиохимическом модуле, оснащенном шприц-драйвом (дозатором), который подходит для стандартных 20 мл одноразового пластикового шприца, контроллера потока газа, вакуумного насоса и датчика. Благодаря простоте этого метода, мы уверены, что он может быть изменен на ибольшинство коммерчески доступных автоматизированных синтезаторов, либо кассетных или тех, оснащенных стационарными клапанами. Этот метод, поддерживаемый твердой фазой, облегчает производство11C'PiB в соответствии с правилами хорошей производственной практики (GMP) и повышает надежность синтеза. Описанный здесь метод также уменьшает количество прекурсора, необходимого для радиосинтеза, использует только "зеленые" биосовместимые растворители и уменьшает время между последовательными производственными партиями.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. Подготовка буферов и элевентов

  1. Растворите 2,72 г тригидрата ацетата натрия в 100 мл воды для приготовления раствора ацетата 0,2 м натрия (решение А).
  2. Растворите 11,4 мл ледниковой уксусной кислоты в 1 л воды, чтобы подготовить раствор уксусной кислоты 0,2 м (раствор B).
  3. Объедините 50 мл раствора А с 450 мл раствора B для подготовки буфера ацетата на pH 3.7 (буфер 1) согласно буферу справочного центра15. Проверьте рН буфера с полосами рН или рН-метр.
  4. Комбинат 12,5 мл абсолютного этанола с 87,5 мл буфера 1, чтобы сделать 12,5% aqueous EtOH раствор (мыть 1) в бутылке 100 мл.
  5. Комбинат 15 мл абсолютного этанола с 85 мл буфера 1, чтобы сделать 15% aqueous EtOH раствор (мыть 2) в бутылке 100 мл.
  6. Объедините 5 мл абсолютного этанола с 5 мл буфера 1, чтобы сделать 50% aqueous EtOH решение (окончательный eluent) и обратить 2,5 мл этого раствора в 10 мл шприца.

2. Применение прекурсора к картриджу

  1. Пройдите 10 мл воды, а затем 5 мл ацетона через картридж tC18, чтобы предупорядиться его.
  2. Высушите картридж потоком азота при 50 мл/мин в течение 1 мин.
  3. Растворите 2 мг прекурсора 6-OH-BTA-0 в 1 мл ангидроусового ацетона.
  4. Удерживая luer-tip 250 л точного стеклянного шприца вниз, снять 100 л раствора прекурсора и 50 л воздушной подушки на верхней части жидкости. Снимите иглу и нанесите раствор-предшественник на картридж tC18 с женского конца, медленно нажимая поршень вниз. Не нажимайте решение дальше!

3. Настройка многообразия для автоматизированного синтеза

  1. Закрепите стандартный 5-портовый одноразовый многообразие на модуле синтеза и соберите его в соответствии с рисунком 2 и шагами 3.2 - 3.5 ниже.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Рекомендуем использовать устойчивые к ацетону многообразия (см. Таблицу Материалов).
  2. Порт 1 имеет две позиции. Подключите горизонтальный впуск к автоматизированному диспенсеру, оснащенному шприцем 20 мл. Соедините вертикальный впуск к бутылке с мытьем 1.
  3. Подключите выход модуля, который производитNo 11C CH3OTf, в порт 2 из многообразия.
  4. Установите картридж tC18, загруженный с прекурсором 6-OH-BTA-0 между портами 3 и 4.
  5. Порт 5 имеет две позиции. Подключите горизонтальную розетку к бутылке отходов, которая должна вместить не менее 200 мл. Подключите вертикальную розетку к стерильному флакону для сбора трассировщиков через стерильный фильтр.

4. РадиосинтезNo 11C'PiB

ВНИМАНИЕ: Все манипуляции с радиоактивными изотопами должны выполняться в горячей камере, защищенной свинцом, персоналом, проехав соответствующую подготовку для работы с радиоактивными материалами.
ПРИМЕЧАНИЕ: Этот протокол не охватывает детали производства11C'CO2 в циклотроне и его преобразования в11C CH3OTf с использованием модуля радиохимии. Эти процедуры будут зависеть от индивидуального оборудования лаборатории радиохимии и выходят за рамки данного протокола. Наш ПЭТ-центр оснащен циклотроном IBA, который производит углерод-11 в химической формеNo 11C'CO2через 14N (p,)11C ядерной реакции с N2/O2 газовой смеси (99,5:0.5) в газе целевой показатель, а также коммерчески доступный модуль для производстваNo 11C'CH3I с помощью "сухого метода" (каталитическое сокращение до11C'CH4 с последующим радикальным йодинацией). 11С. CH3OTf производится путем прохожденияNo 11C CH3Я над серебряной колонкой трифлат с подогревом до 175 градусов по Цельсию при 20 мл/мин.

  1. ДоставкаNo 11C CH3OTf в многообразие через порт 2 и передать его через загруженный картридж tC18 на 20 мл / мин выходного потока регулируется модульомNo 11C'CH3OTf, через порты 3 и 4 и в бутылку отходов, как показано на Рисунок 2А.
  2. После того, как вся радиоактивность была передана и в ловушке на картридже tC18, контролируемом детектором радиоактивности за держателем картриджа, остановите поток газа, закрыв порт 2. Пусть картридж сидеть в течение 2 минут, чтобы завершить реакцию.
  3. Снимите 19 мл раствора для мытья 1 (см. шаг 1.4) из бутылки 100 мл в шприц дозатора через порт 1 при 100 мл/мин, как показано на рисунке 2B.
  4. Распределить 18,5 мл раствора для мытья 1 из дозатора через картридж tC18 через порты 3 и 4 и в бутылку отходов на 50 мл/мин, как показано на рисунке 2C. Убедитесь, что отсутствие пузырьков воздуха в многообразии, поскольку они могут уменьшить эффективность разделения.
  5. Повторите шаги 4,3 и 4,4 четыре раза, изыграв и раздав 18,5 мл раствора для мытья 1 каждый раз. Общий объем раствора стирки 1, пройденной через tC18, составляет 92,5 мл; однако, он может варьироваться в пределах диапазона 90 - 100 мл в зависимости от конкретного используемого модуля синтеза.
  6. Переключите входной линии на порт 1 от стирки 1 до стирки 2 раствора (см. шаг 1.5).
  7. Повторите шаги 4,3 и 4,4 три раза, изыграв и раздав 18,5 мл раствора для мытья 2 каждый раз. Общий объем раствора для стирки 2, пройденной через tC18, составляет 55,5 мл. Тем не менее, он может варьироваться в пределах 50 - 60 мл диапазона в зависимости от конкретного синтеза модуль используется.
  8. Переключать клапан 5 к финальному флакону, как показано на рисунке 2D. Отключите линию от диспенсера и подключите ее к шприцу 10 мл, содержащему 2,5 мл конечного eluent раствора (50% aqueous EtOH, см. шаг 1.6) и 7,5 мл воздуха.
  9. Удерживая шприц вниз, вручную нажмите окончательное eluent решение (2.5 мл) следуют воздух (7,5 мл) через картридж tC18 через порты 3 и 4 и в стерильный флакон для трассик сбора через стерильный фильтр, как показано на рисунке 2D.
  10. Отсоедините пустой шприц, соедините 10 мл шприца, содержащего 10 мл стерильного фосфатного буфера (рецепт не включен, поскольку он может меняться) и нажмите весь объем через картридж tC18 в стерильный флакон, как описано выше (Рисунок 2D ). Отключите шприц и промойте линию 10 мл воздуха с помощью одного и того же шприца.
  11. Изымают 0,7 мл конечной трассировочного рецепта и собирают пробы для процедур контроля качества (0,1 мл), бактериального эндотоксина (0,1 мл) и стерильности (0,5 мл).

5. Процедуры контроля качества

ВНИМАНИЕ: Каждая партия радиотрактора должна быть подвергнута соответствующим процедурам контроля качества (КК) до выпуска на сайт ПЭТ-изображения для администрирования в человека или животных. Авторы этой рукописи не несут ответственности за соответствие радиотраиста, производимого в других центрах, с местными правилами органов здравоохранения.

  1. Выполните предвыпускные процедуры КК, которые должны включать тесты на радиохимическую идентичность (RCI), радиохимическую чистоту (RCP), химическую чистоту и моляровую активность трассировщика, а также остаточное содержание растворителя и рН рецепта.
  2. Определить RCI, RCP, химическую чистоту и моляровую активность с помощью аналитической системы HPLC, оснащенной УФ-системой (мониторинг на 350 нм) и детекторами радиоактивности, а также столбцов обратной фазы. Определите время удержания 6-OH-BTA-0 и 6-OH-BTA-1 и откалибруте прибор для количественной оценки содержания каждого соединения.
  3. Определить содержание остаточного растворителя с помощью аналитической газовой хроматографии, оснащенной капиллярной колонкой. Определите время хранения ацетона и этанола и откалибруйте инструмент для количественной оценки содержания каждого растворителя.
  4. Выполните тест бактериальных эндотоксинов с помощью картриджа, оснащенного подходящими картриджей.
  5. Выполните анализ стерильности образца по крайней мере через 14 дней после синтеза, чтобы обеспечить отсутствие бактериального роста или отправить образец стерильности в лабораторию, аккредитованную местным органом здравоохранения.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Подводя итоги типичного радиосинтезаNo 11C'PiB, газоемкий No11C'CH3OTf впервые проходит через картридж tC18, предварительно загруженный раствором прекурсора (Рисунок 1). Разделение реакционной смеси достигается путем последовательного elution с aqueous этанол решений следующим образом. Во-первых, 12,5% EtOH elutes большинство неотреагированных No11C CH3OTf и 6-OH-BTA-0, затем 15% EtOH смывает остаточные примеси, и, наконец, 50% этанола раствор аплодирует желаемого11C'PiB в стерильной виза. Трассировщик затем разбавляется стерильным фосфатным буфером и проходит строгие процедуры КК перед выпуском на сайт ПЭТ-изображения. Типичные аналитические ХРОМАтограммы HPLC UV и радиоактивности партии No11C'PiB, подходящие для администрирования, представлены на рисунке 3.

Общее время радиосинтеза составляет 10 мин, начиная с доставкиNo 11C CH3OTf, RCYиз 11C'PiB с использованием 0,2 мг прекурсора составляет 22% (начиная с11C'CH3OTf, не исправлена для распада) и молярная активность 190 ГБК/Змол. Трассировщик должен соответствовать всем спецификациям КК многоцентрового доминирующе унаследованного отдела испытаний сети Альцгеймера (DIAN-TU) для клинических испытаний: радиохимическая чистота должна быть выше 95%; содержание нерадиоактивных примесей должно быть ниже 1,3 мкг на дозу 10 мл; рН должен быть в пределах диапазона 4 - 8; содержание этанола и ацетона должно быть ниже 10% и 3000 промилле соответственно. Образцы также должны быть стерильными и эндотоксин а. Результаты четырех типичных радиосинтеза кратко огнаны в таблице 1.

Для того, чтобы заявленная техника работала должным образом, необходимо проявлять осторожность в течение нескольких критических шагов, описанных выше. Для нанесения прекурсора на картридж tC18 (шаг 2.4) раствор не должен быть отодвинут к выходу, чтобы не сократить эффективный путь для отделенияNo 11C'PiB от неотреагированных исходных материалов и возможных побочных продуктов. Поток No11C'CH3OTf через картридж во время передачи не должен превышать 20 мл/мин (шаг 4.1). Как только elution начинает (шаг 4.4), очень важно держать картридж влажным и не препятствовать воздуху до конца для того чтобы во избежание направлять влияния которые могли привести к в более низкой чистоте трассировщика или более низкого RCY из-за потерь11C'PiB в отходах. Если 5-портмного многообразия, используемого в радиосинтезе (шаг 3.1), не устойчивы к ацетону, например, стандартному поликарбонному многообразию, как ACC-101, количество ацетона не должно превышать 100 л, так как большие объемы могут повредить многообразие во время передачи активности и привести к неудачному синтезу. В случае, если рН не соответствует спецификациям, картридж tC18 может быть дополнительно промыты м/м стерильной воды между шагами 4.7 и 4.8 в бутылку отходов.

Figure 1
Рисунок 1: РадиосинтезNo 11C'PiB по 11C-метилирование 6-OH-BTA-0 предшественника сNo 11C CH3OTf. с АД и другими нейродегенеративными состояниями ПЭТ. Этот трассировщик обычно синтезируется с помощью 11C-метилирования анилионного прекурсора под названием 6-OH-BTA-0 с использованием11сметилтрифле(No 11C'CH3OTf) либо в растворе, либо в сухой петле инъекций HPLC (растворитель в неволе техники). Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 2
Рисунок 2: Пошагово-зашагом синтез и очищениеNo 11C'PiB на картридже tC18. (A) ГазированныйNo 11C CH3OTf проходит через картридж, загруженный с 6-OH-BTA-0. Как описано в шагах 4.1 и 4.2,No 11C'CH3OTf попадает в ловушку на картридже, содержащем предшественник и вступает в реакцию с предшественником при комнатной температуре в течение 2 мин. (B) Вымыть 1 или вымыть 2 раствор ассвуется в шприц дозатора. Как описано в шаге 4.3, шприц насос модуля тянет поршень обрезанного шприца вверх, снимая раствор либо eluent через линию, подключенную к порту 1 многообразия. (C) Примеси вымываются в бутылку отходов. Как описано в шаге 4.4, шприц насос модуля перемещает поршень обрезанного шприца вниз, толкая снятый раствор для мытья через картридж tC18 через порты 1, 3 и 4 из многообразия в бутылку отходов. Шаги, представленные на диаграммах В и С, повторяются в цикле несколько раз, чтобы вымыть все неотреагированные материалы из картриджа, как описано в шагах 4.5 - 4.7. (D) No11C'PiB eluted с окончательным eluent в стерильный флакон через стерильный фильтр. Как описано в шагах 4.8 и 4.9, шприц, обрезанный в шприц-насос, отключается от линии и заменяется сначала шприцем 10 мл, содержащим 2,5 мл 50% aqueous этанола. Порт 5 из многообразия затем переключается к стерильной флакони иNo 11C'PiB является eluted от tC18 вручную. Затем пустой шприц заменяется другим шприцем, содержащим 10 мл стерильного фосфатного буфера, и все содержимое проталкивается через tC18 для промывки линий, как описано в шаге 4.10. Стерильный флакон теперь содержит11C'PiB в 12,5 мл 10% буферизированного раствора этанола. Эта цифра была изменена из Boudjemeline и др.12. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 3
Рисунок 3: Анализ качества аналитического HPLC из11C'PiB. ()Время удержания11C'CH3OH (от гидролизовNo 11C'CH3OTf), неотреагированный No11C CH3OTf, и трассировщикNo 11C'PiB на хроматограмме радиоактивности 2,1, 4,0 и 6,6 мин, Соответственно. Анализ следов радиоактивности показывает, что RCP11C'PiB составляет 98,0%. (B) Время удержания 6-OH-BTA-0 (предшественник) и 6-OH-BTA-1 (пик трейса) на УФ-хроматограмме 3,6 и 5,9 мин, соответственно. Анализ УФ-трассы показывает остаточную концентрацию прекурсоров ниже допустимого предела (1,3 мкг) и отсутствие других нерадиоактивных примесей. Таким образом, радиохимическая и химическая чистота трассировщика приемлема для клинических ПЭТ-исследований. Условия HPLC -колонка (Таблица материалов): 5 мкм, 100 х 4,0 мм; мобильная фаза: 40:60 ацетонитрила/скорость потока воды: 0,7 мл/мин. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 4
Рисунок 4: Оптимизация 6-OH-BTA-0 сумма прекурсоров. Наименьшее количество (0,1 мг) обеспечивает11СИБ при умеренной радиохимической урожайности (RCY) в размере 18,1–3,8%. Радиосинтез, начиная с 0,2 мг обеспечивает11C'PiB RCY 22,0'3,1%, в то время как увеличение суммы до 0,3 мг дополнительно улучшает RCY до 32,1 '3,7%, за счет несколько большее количество предшественника в конечном продукте. Все RCY не исправлены для распада (время радиосинтеза 10 мин), начиная с радиоактивностиNo 11C CH3OTf в ловушке на картридже tC18. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Figure 5
Рисунок 5: Аналитический HPLC контроля качестваno 11C'ABP688. (A) Хроматограмма радиоактивности показывает RCP комбинированного (E)- и (»»11C'ABP688 из 98,1%. (B) УФ-хроматограмма показывает остаточную концентрацию прекурсора выше 10 мкг. Хотя химическая чистота может быть приемлемой для клинических ПЭТ-исследований, относительно низкая эффективная моляровая активность (Am qlt; 37 GBq/qmol) требует дальнейшей оптимизации очистки. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть большую версию этой цифры.

Пакета Выполнить 1 Выполнить 2 Выполнить 3 Выполнить 4
11С. CH3OTf, GBq 9.21 11.25 7.84 6.44
11С. PiB, GBq 2.26 2.37 2.11 1.41
RCY, % 24.5 21.1 26.9 21.8
RCP, % 98 97.2 97.8 99.2
Молярная активность, ГБК/Змол 154.6 322.6 121.1 162.1
Остаточный предшественник, мкг 0.32 0.55 0.58 0.87
Ph 5 5 5 5
Содержание EtOH, % 9.4 8.8 7.7 8.1
Содержание ацетона, промилле 33 38 46 33
ТЕСТ BET N/A Lt;10 ЕС/мл Lt;10 ЕС/мл Lt;10 ЕС/мл
Тест на стерильность N/A Отсутствие роста Отсутствие роста Отсутствие роста
Сноски: ОтNo 11C CH3OTf, не исправлено для распада

Таблица 1. Репрезентативные результаты производства11C'PiB проходят в оптимизированных условиях. Все партии соответствуют требованиям к трассирам, предназначенным для клинических ПЭТ-исследований.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Несмотря на недавнее появление и одобрение FDA нескольких 18F-маркированных ПЭТ-трассировщиков, таких как флорбетапир, флорбетабен и флетеметамол,No 11C'PiB остается золотым стандартом трассировщика для амилоидной визуализации из-за быстрого поглощения мозга и низкой неспецифической Привязки. В настоящее время этот трассировщик синтезируется либо через влажную химию16 или с помощью "сухой петли" подход4,17. Оба метода требуют очистки HPLC с последующим переформулированием в aqueous этаноле, который занимает примерно 20 - 30 минут, начиная с11C'CH3OTf. Вдохновленные некоторыми из предыдущих докладов о твердой фазе поддерживается 11C-метилирования методов и клинической важностиNo 11C'PiB, мы стремились разработать радиосинтез этого трассировщика с использованием недорогих одноразовых твердых фазы экстракции ( SPE) картриджи как "3-в-1" лица для реакции, очистки и формулировки.

Наиболее важными шагами для успешного производства ПЭТ-трассировщиков для визуализации in vivo в субъектах человека являются: 1) включение радиоактивного изотопа в молекулу трассировщика; 2) отделение трассировщика от неотреагированных радиоактивных и нерадиоактивных видов; 3) переформулирование трассировщика в биологически совместимом растворителе; 4) соблюдение процедур контроля качества. Основываясь на ранее сообщенном методе растворителя в неволе, мы ожидали, что поддерживаемый SPE метод потребует меньшего количества прекурсоров по сравнению с 11C-метилированием в растворе. В частности, ранее сообщалось растворителя в неволе процедуры для радиосинтезаNo 11C'PiB требуют 0,5 - 1,0 мг прекурсора4,17. Таким образом, мы исследовали не исправленные для распада радиохимические урожаи11C'PiB, начиная с11C'CH3OTf в трех различных количествах 6-OH-BTA-0: 0,1, 0,2 и 0,3 мг. Даже самое низкое количество (0,1 мг) обеспечивает умеренное количество11C'PiB, хотя и при относительно низком и менее надежном RCY (18,1 х 3,8%). Радиосинтез, начиная с 0,2 мг, обеспечивает RCY в размере11C'PiB (22,0 х 3,1%), при этом увеличивая количество до 0,3 мг, что еще больше улучшает RCY (32,1 х 3,7%), за счет несколько большего количества предшественника в конечном продукте. Во всех случаях радиосинтез был завершен за 10 минут. Таким образом, оптимальное количество прекурсоров зависит от желаемого RCY и чистоты11C'PiB в конкретных ПЭТ-центрах. Результаты радиохимических экспериментов по оптимизации урожайности на основе количества прекурсоров суммируются на рисунке 4. Примечательно, что попытки радиосинтеза использовать11C'CH3I в качестве метилирующего агента или этанола в качестве реакционного растворителя не дают желаемого11C'PiB (данные не показаны).

Количественное разделение реакционной смеси радиосинтеза на коротком картридже SPE было наиболее сложной частью описанной техники. Мы предположили, что ароматические амины 6-OH-BTA-0 и 6-OH-BTA-1 преимущественно существуют в их протонных формах в кислых носителях и, следовательно, будут иметь более резкие профили elution от обратной фазы твердой фазы. Таким образом, все растворы ваванола были подготовлены с использованием 0,2 М ацетатбуфера на рН 3,7. Далее, мы определили, что aqueous этанола решений с концентрацией EtOH до 15% постепенно elute неотреагированных предшественника 6-OH-BTA-0 иNo 11C CH3OTf, в то время как радиомаркировкаNo 11C'PiB остается в ловушке на картридже tC18. Для того, чтобы предотвратить хвостохранилище этих примесей в окончательной формулировке трассировщика концентрация этанола была увеличена с 12,5% до 15% в градиентном снивых. После того, как все примеси были вымыты из картриджа, трассиция elution была достигнута с помощью минимального количества (2,5 мл) концентрированного раствора этанола (50%). Для того, чтобы содержание этанола под 10% предел и довести рН сформулированного трассировщика в пределах приемлемого диапазона для инъекций человека (4 - 8), трассировщик был разбавлен стерильным фосфатным буфером.

После оптимизации условий радиосинтезNo 11СИБ был автоматизирован с помощью коммерчески доступного автоматизированного синтеза (АСУ), оснащенного дозатором шприца и одноразовым многообразием. Многообразная настройка для данного АСУ проста, как описано в шагах 3.1 - 3.5. Примечательно, что эта методология может быть легко реализована на большинстве других доступных АСУ следующих рецептов, описанных выше. В оптимизированных условиях, партии11C'PiB, пригодные для клинического применения, синтезируются с окончательными видами деятельности в диапазоне от 1,4 до 2,4 ГБК (38 - 61 mCi).

Совсем недавно мы применили метод "3-в-1" для радиомаркировкиNo 11C'ABP688, ПЭТ-трассировщик для визуализации метаботропных рецепторов глутамата типа 5 (mGlu5)18,19. Радиосинтез этого трассировщика опирается на 11C-метилирование группы -OH в оксиме; поэтому для депротонации прекурсора деметила требуется добавление базы. Гидроксид тетрабутиламмония (как раствор 1 М в MeOH) был выбран в качестве основы, поскольку он растворим в большинстве полярных органических растворителей. В предварительном эксперименте по радиомаркировке раствор прекурсора (0,5 мг) в ДМСО (100 л) был смешан с 1 М ТБАОХ в МеОХ (20 л), и смесь была тщательно применена на картридже tC18, как описано выше (см. шаг 2.4). ГазированныйNo 11C CH3Я был прятан через картридж, как описано в шагах 4.1 - 4.2 и реакция была разрешена для продолжения при комнатной температуре в течение 5 мин. Последовательный elution с разбавленным этанолом растворов в 0,2 М бикарбонат буфера натрия (pH 8.5 - 9.0) - 92 мл 15% EtOH следуют 92 мл 20% EtOH - вымываются неотреагированных No11C CH3I и остаточный предшественник. Радиохимически чистый No11C-ABP688 (RCY 18,2%, RCP ;98.0%) затем был eluted с 50% EtOH решение в том же буфере через стерильный фильтр, как описано в шагах 4.9 - 4.11. Несмотря на то, что более 98% предшественника удаляется с разбавленным этанолом, наличие некоторых неотреагированных предшественников в окончательном трассировщике (до 20 мкг) требует дальнейшей оптимизации процедуры радиосинтеза. Эта оптимизация продолжается, и результаты этого проекта будут опубликованы в надлежащее время. Представитель аналитических HPLC УФ и радиоактивности хроматограмм ы11C'ABP688 партии показан на рисунке 5.

В заключение, мы разработали эффективную твердую фазу поддерживается углерод-11 рентгеновской процедуры с использованием легко доступных недорогих картриджов SPE как "3-в-1" лиц для радиосинтеза, очистки и формулировки ПЭТ трассификаторов, используемых для клинических Изображений. Трассы, пригодные для инъекций человека, производятся в течение 10 минут, начиная с добавления 11C-метилирующего агента(No 11C'CH3OTf илиNo 11C'CH3I) в высокой rcY и молярной активности. Мы полностью автоматизировали эту технику, чтобы сделать его совместимым с правилами хорошей производственной практики (GMP), введенными органами по охране здоровья и радиационной безопасности. Твердый фазовый радиосинтез требует небольшого количества прекурсора, избегает использования токсичных растворителей, уменьшает время синтеза и дозу облучения, выдержанные персоналом. Кроме того, избегание сбоев, связанных с HPLC, повышает надежность радиосинтеза и позволяет разработать одноразовые комплекты для обычного производства трассировщиков.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.

Acknowledgments

Это исследование было частично поддержано грантом 18-05 от Общества Альцгеймера Канады (для А. К.) и Фонда Мозга Канады при поддержке Министерства здравоохранения Канады. Авторы хотели бы отметить, Макгилл университет факультета медицины, Монреальский неврологический институт и Макконнелл мозга Imaging центр для поддержки этой работы. Мы также благодарим г-жу Моника Лакатус-Самойла за помощь в проведении процедур контроля качества, а д-ра Джин-Поля Суси и Гассана Массарвеха за доступ к радиоизотопам и радиохимии.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
6-OH-BTA-0 ABX advanced biochemical compounds 5101 Non-radioactive precursor of [11C]PiB
6-OH-BTA-1 ABX advanced biochemical compounds 5140 Non-radioactive standard of [11C]PiB
Agilent 1200 HPLC system Agilent Agilent 1200 Analytical HPLC system
Ethanol absolute Commercial alcohols 432526
Hamilton syringe (luer-tip, 250 µL) Hamilton HAM80701
MZ Analytical PerfectSil 120 MZ-Analysentechik GmbH MZ1440-100040 Analytical HPLC column
Perkin Elmer Clarus 480 GC system Perkin Elmer Clarus 480 Gas chromotograph
polycarbonate manifold Scintomics ACC-101 Synthesis manifold
Restek MTX-Wax column (30 m, 0.53 mm) Restek 70625-273 Analytical GC column
Scintomics GRP module Scintomics Scintomics GRP Automated synthesis unit
Sep-Pak tC18 Plus Waters WAT020515 Solid phase extraction cartridge
solvent-resistant manifold Scintomics ACC-201 Synthesis manifold
Spinal needle BD 405181
Sterile extension line B. Braun 8255059
Sterile filter Millipore SLLG013SL
Sterile vial (20mL) Huayi SVV-20A
Sterile water Baxter JF7623
Synthra MeIplus Research Synthra MeIplus Research [11C]CH3I/[11C]CH3OTf module
Syringe (10 mL) BD 309604
Syringe (1mL) BD 309659
Syringe (20 mL) B. Braun 4617207V Dispenser syringe
Vent filter Millipore TEFG02525

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Langstrom, B., Lundqvist, H. The preparation of 11C-methyl iodide and its use in the synthesis of 11C-methyl-L-methionine. The International journal of applied radiation and isotopes. 27 (7), 357-363 (1976).
  2. Larsen, P., Ulin, J., Dahlstrøm, K., Jensen, M. Synthesis of [11C]iodomethane by iodination of [11C]methane. Applied radiation and isotopes. 48 (2), 153-157 (1997).
  3. Jewett, D. M. A simple synthesis of [11C]methyl triflate. International journal of radiation applications and instrumentation. Part A, Applied radiation and isotopes. 43 (11), 1383-1385 (1992).
  4. Wilson, A. A., Garcia, A., Houle, S., Vasdev, N. Utility of commercial radiosynthetic modules in captive solvent [11C]-methylation reactions. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 52 (11), 490-492 (2009).
  5. Wilson, A. A., Garcia, A., Jin, L., Houle, S. Radiotracer synthesis from [(11)C]-iodomethane: a remarkably simple captive solvent method. Nuclear medicine and biology. 27 (6), 529-532 (2000).
  6. Fedorova, O. S., Vaitekhovich, F. P., Krasikova, R. N. Automated Synthesis of [18F]Fluoromethylcholine for Positron-Emission Tomography Imaging. Pharmaceutical Chemistry Journal. 52 (8), 730-734 (2018).
  7. Jewett, D. M., Ehrenkaufer, R. L., Ram, S. A captive solvent method for rapid radiosynthesis: application to the synthesis of [1-(11)C]palmitic acid. The International journal of applied radiation and isotopes. 36 (8), 672-674 (1985).
  8. Watkins, G. L., Jewett, D. M., Mulholland, G. K., Kilbourn, M. R., Toorongian, S. A. A captive solvent method for rapid N-[11C]methylation of secondary amides: application to the benzodiazepine, 4'-chlorodiazepam (RO5-4864). International journal of radiation applications and instrumentation. Part A, Applied radiation and isotopes. 39 (5), 441-444 (1988).
  9. Hockley, B. G., Henderson, B., Shao, X. Chapter 27, Synthesis of {11C]Raclopride. Radiochemical Syntheses. , John Wiley & Sons. 167-175 (2012).
  10. Lodi, F., et al. Reliability and reproducibility of N-[11C]methyl-choline and L-(S-methyl-[11C])methionine solid-phase synthesis: a useful and suitable method in clinical practice. Nuclear Medicine Communications. 29 (8), 736-740 (2008).
  11. Jolly, D., et al. Development of "[(11)C]kits" for a fast, efficient and reliable production of carbon-11 labeled radiopharmaceuticals for Positron Emission Tomography. Applied radiation and isotopes. 121, 76-81 (2017).
  12. Boudjemeline, M., et al. Highly efficient solid phase supported radiosynthesis of [(11) C]PiB using tC18 cartridge as a "3-in-1" production entity. Journal of Labelled Compounds and Radiopharmaceuticals. 60 (14), 632-638 (2017).
  13. Mathis, C. A., et al. A lipophilic thioflavin-T derivative for positron emission tomography (PET) imaging of amyloid in brain. Bioorganic and medicinal chemistry letters. 12 (3), 295-298 (2002).
  14. Mathis, C. A., et al. Synthesis and evaluation of 11C-labeled 6-substituted 2-arylbenzothiazoles as amyloid imaging agents. Journal of medicinal chemistry. 46 (13), 2740-2754 (2003).
  15. Buffer Reference Center. , Sigma Aldrich. Available from: https://www.sigmaaldrich.com/life-science/core-bioreagents/biological-buffers/learning-center/buffer-reference-center.html (2019).
  16. Philippe, C., Mitterhauser, M., Wadsak, W. Chapter 18, Synthesis of 2-(4-N-[11C]Methylaminophenyl)-6-Hydroxybenzothiazole ([11C]6-OH-BTA-1; [11C]PIB). Radiochemical Syntheses. , John Wiley & Sons. 177-189 (2012).
  17. Shao, X., Fawaz, M. V., Jang, K., Scott, P. J. H. Synthesis and Applications of [11C]Hydrogen Cyanide. Radiochemical Syntheses. , John Wiley & Sons. 207-232 (2015).
  18. Ametamey, S. M., et al. Radiosynthesis and preclinical evaluation of 11C-ABP688 as a probe for imaging the metabotropic glutamate receptor subtype 5. Journal of Nuclear Medicine. 47 (4), 698-705 (2006).
  19. Ametamey, S. M., et al. Human PET studies of metabotropic glutamate receptor subtype 5 with 11C-ABP688. Journal of Nuclear Medicine. 48 (2), 247-252 (2007).

Tags

Химия Выпуск 152 углерод-11 радиомаркировка позитронно-эмиссионная томография визуализация,No 11C'PiB,No 11C-ABP688 11C-метилирование твердый фазовый синтез твердая фаза извлечения автоматизация
Твердый этап <sup>11</sup>C-метилирование, очищение и формулирование для производства ПЭТ-трассаторов
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Singleton, T. A., Boudjemeline, M.,… More

Singleton, T. A., Boudjemeline, M., Hopewell, R., Jolly, D., Bdair, H., Kostikov, A. Solid Phase 11C-Methylation, Purification and Formulation for the Production of PET Tracers. J. Vis. Exp. (152), e60237, doi:10.3791/60237 (2019).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter